Sulzer Technical Review Ausgabe 2 / 2016

Überholung in nur 30 Tagen

13. Juli 2016 | Omar Diaz

Sulzer erhielt den Auftrag zur Überholung von drei General-Electric-Dampfturbinen und fünf Clark-Kompressoren für eine grosse Ethylenanlage in Kolumbien. Die Inspektions- und Reparaturarbeiten an den Turbinen wurden von den Sulzer-Servicecentern in Texas und Bogotá durchgeführt. Darüber hinaus half Sulzer dem Kunden dabei, die Projektplanung, Inbetriebnahme und Tests innerhalb eines engen Zeitrahmens abzuwickeln.

Sulzer technician installing seals on the compressor
Die Stadt Barrancabermeja gilt als die «Ölhauptstadt» Kolumbiens und ist ein passender Standort für eine Ethylenanlage. Im Werk des Kunden können 44 000 t Ethylen und 8 800 t Propylen im Jahr hergestellt werden, was in etwa einer Tagesproduktion von 114 t entspricht. Eine regelmässige vorbeugende Wartung ist von entscheidender Bedeutung für einen zuverlässigen Anlagenbetrieb mit maximaler Effizienz. Um Produk­tionsverluste zu minimieren, müssen Wartungsunterbrechungen so kurz wie möglich gehalten werden. Beim Steamcracking-Prozess in Barrancabermeja werden die Gase vor der Destillation in dampfbetriebenen Turbokompressoren verdichtet.

Ethylen — die weltweit am meisten produzierte organische Verbindung

Ethylen, oder Ethen, ist ein farbloses, brennbares Gas, das in der chemischen Industrie vielfach eingesetzt wird. Ethylen hat die chemische Formel H2C=CH2. Von keiner anderen organischen Verbindung wird weltweit mehr produziert als von Ethylen. Über die Hälfte des produzierten Ethylens fliesst in die Herstellung von Polyethylen, dem weltweit am häufigsten verwendeten Kunststoff. Aus Polyethylen werden u. a. Folien für Verpackungen, Tragetüten und Müllbeutel hergestellt.

Ethylen wird in der petrochemischen Industrie vornehmlich durch Steamcracken hergestellt. Dabei werden langkettige Kohlenwasserstoffe in kurzkettige ungesättigte Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Dazu werden gasförmige oder leichtflüssige Kohlenwasserstoffe auf 750 – 950 °C erhitzt, wobei es zu zahlreichen Reaktionen freier Radikale kommt, die jedoch nur kurzzeitig stattfinden. Sobald das Cracken beginnt, wird das Gas sofort abgekühlt, um die Reaktionen zu stoppen. Anschliessend wird das Ethylen durch wiederholtes Verdichten und Destillieren von den übrigen Stoffen getrennt. Andere Verfahren nutzen Naphtha oder Gasöle als Ausgangsstoffe.

Ein Jahr Vorausplanung

Die termin- und budgetgerechte Durchführung von Wartungsarbeiten während eines geplanten Stillstands erfordert eine umfangreiche Planung und ein sorgfältiges Management. Seit 1999 vertraut das Werk in Kolumbien bei der Reparatur von Turbomaschinen auf das Know-how von Sulzer. Ursprünglich beauftragte der Kunde Sulzer mit der Planung sämtlicher Tätigkeiten für die Kompressoranlage während des Stillstands sowie mit der Inspektion und Instandsetzung der Ersatzrotoren. Sulzer tauschte die Rotoren der Kompressoren gegen Ersatzeinheiten aus, die vorher in Houston instand gesetzt wurden, um die Zeitvorgaben einhalten zu können. Später bat der Kunde Sulzer, auch alle Arbeiten an der Kompressoranlage durchzuführen, wobei sämtliche Arbeiten binnen 30 Tagen abgeschlossen sein mussten.

Wer einmal eine Hochzeit oder ein ähnliches Ereignis organisiert hat, weiss, wie viel Zeit die Planung eines eintägigen Events bedarf und wie viel Disziplin notwendig ist, um das Budget einzuhalten. Man stelle sich nun vor, wie viel Zeit die Planung einer 30-tägigen Revision mit 12 Servicetechnikern erfordert. In der Planungsphase waren zwei Projektleiter damit beschäftigt, einen Projektdurchführungsplan und einen Gesamtzeitplan auszuarbeiten. Die Planung begann über ein Jahr vor den eigentlichen Arbeiten.

Hervorragendes Projektmanagement

Einer der Projektleiter war José Saldana, ein begabter junger Ingenieur, der fliessend Englisch und Spanisch spricht. «Der Projektleiter ist verantwortlich für den reibungslosen Ablauf des gesamten Projekts. Ein wichtiger Planungsschritt besteht darin, die Wartungsarbeiten in einzelne Arbeitsabläufe aufzuteilen. Im Anschluss haben wir alle Anforderungen für jeden Ablauf aufgelistet, den Zeitrahmen und wie viele Leute benötigt werden, um das Projekt rechtzeitig fertigzustellen.»

Unsicherheiten müssen bei der Planung ebenfalls berücksichtigt werden. «Jesus Leotaud, der Projektleiter vom Sulzer-Büro in Bogotá, hat stets geprüft, ob die notwendigen Geräte und Ersatzteile in der richtigen Qualität beim Kunden vorrätig waren. Ausserdem haben wir geschaut, ob Werkzeuge, Hebezeuge oder Krane zur Verfügung standen. Bei so einer detaillierten Planung müssen auch Budgetaspekte berücksichtigt werden, damit das Team die Projekte sicher, termin- und budgetgerecht abwickeln kann», erklärt Saldana.

Ein weiterer wesentlicher Aspekt ist eine gute Kommunikation. «Als der Gesamtzeitplan festgelegt wurde, haben wir auch einen Kommunikationsplan erstellt. Die meisten unterschätzen die Bedeutung der Kommunikation für den Erfolg eines Projekts. Ausfallzeiten sind häufig auf mangelnde Kommunikation oder Unsicherheiten bezüglich des Kommunikationswegs zurückzuführen. Es ist wichtig, dass die Projektleiter die örtliche Sprache sprechen», so Saldana weiter.

Die Kompressoranlage

Nach Festlegung des Arbeitsplans beauftragte Sulzer ein Team von 12 Servicetechnikern mit der Durchführung des Wartungsprojekts. Die Ethylenanlage umfasst mehrere Dampfturbinen von General Electric, die eine Reihe von Kompressoren von Clark (heute Siemens Dresser-Rand) antreiben — allesamt gängige Geräte in der petrochemischen Industrie und den Ingenieuren von Sulzer wohlbekannt. Die Kompressoranlage besteht aus zwei Turbinen, die jeweils einen Kompressor antreiben, sowie einer dritten Turbine, die einen Strang aus drei Kompressoren antreibt. Jede Anlage ist einzigartig in ihrem Aufbau und ihren Betriebsspezifikationen, die von den Originalherstellern (OEMs) definiert werden. Jedes Teil der Ausrüstung hat eine eindeutige Bezeichnung, die dafür sorgt, dass sämtliche Informationen hinsichtlich seiner Wartung und Einrichtung korrekt festgehalten und die richtigen Ersatzteile bereitgehalten werden. Die Kompressoren sind darauf ausgelegt, das gecrackte Gas in 47 Stufen von etwa 1,3 bar Saugdruck auf etwa 35 bar Enddruck zu verdichten (Bild 2).

Bezeichnung Marke Modell Anzahl Stufen Drehzahl [1/min] Leistung / Volumenstrom
NC-4100
GE DRV-M 7 7 522 6,96 MW
C-4100A Clark 3M9-7 9 7 522 4 446 m3/min
C-4100B Clark 2M10-8 10 7 522 98 m3/min
C-4100C Clark 2M8 8 7 522 53 m3/min
NC-4101 GE DRV 10 3 871 9,4 MW
C-4101 Clark 4M10-8 10 4 226 693 m3/min
NC-4102 GE DRV 5 8 292 1,36 MW
C-4102 Clark 2M10-9 10 8 292 94 m3/min

Bild 2 Kompressorzüge für den Rotoraustausch, der von Sulzer durchgeführt wurde.

Überholung und Test in Houston

Die vom Sulzer-Team vorbereiteten und installierten Ersatzrotoren wurden vorher bei Sulzer in Houston instand gesetzt, wobei jedes Bauteil entsprechend seiner ursprünglichen Spezifikation wiederhergestellt wurde. «Houston ist das Flaggschiff unserer Reparaturzentren», sagt José Saldana. «Wir verfolgen einen systematischen Ansatz mit Checklisten für jede Überholung. Nach einer ersten Inspektion folgen umfang-reiche Messungen, eine Reinigung durch Strahlen und die anschliessende Demontage mit weiteren zerstörungsfreien Prüfungen. So können wir genau bestimmen, welche Reparaturen wir dem Kunden empfehlen. Die Inspektions- und Prüfberichte enthalten Einzelheiten über den Arbeitsumfang, der die Instandsetzung der Rotorwelle oder der Kompressorscheiben beinhalten kann. Umfangreiche Bearbeitungsmöglichkeiten und modernste fünfachsige CNC-Fräsen ermöglichen uns die Fertigung neuer Komponenten einschliesslich komplexer Turbinenschaufeln.»

Ist die Rotorwelle an einem Ende gebrochen, kann es sein, dass das Endstück durch einen Wellenstummel ersetzt werden muss. Die Befestigung des Stummels an der Welle ist äusserst anspruchsvoll. Bei Sulzer ist ein promovierter Werkstoffingenieur für die Materialwahl und den Schweissprozess zuständig. In Fällen, in denen Originalbauteile wie Laufräder beschädigt sind, müssen neue Teile gefertigt werden. Gibt es keine Originalzeichnungen, können neue Komponenten durch Rekonstruktion hergestellt werden.

Finite-Elemente-Analysen sorgen bei der Konstruktion dafür, dass die mechanische Integrität des Laufrads gewährleistet ist. Nach der Fertigung werden zur Validierung des Designs Schwingungsprüfungen am Laufrad durchgeführt. Nachdem die Komponenten erneuert bzw. instand gesetzt sind, wird der Rotor nach und nach wieder montiert und stufenweise ausgewuchtet. Anschliessend wird der komplette Rotor einer strengen Qualitätsprüfung unterzogen. Einer der letzten Schritte ist ein Auswuchttest bei voller Drehzahl, dessen Parameter normalerweise vorher mit dem Kunden abgestimmt werden. Für Projekte mit grossen Komponenten wie den Dampfturbinen im Werk in Kolumbien ist ein spezieller Wuchtbunker erforderlich. Der Wuchtbunker von Sulzer in Houston ist mit modernster Elektronik und Diagnosetechnik ausgestattet und bietet erstklassige Analysemöglichkeiten (Bild 3).

Technician at Sulzer shop in Houston, TX, USA
Bild 3 Hochtouriges Wuchten bei Sulzer in Houston, TX, USA

Wuchtbunker in Houston für hochtouriges Wuchten

Parameter des Wuchtbunkers:

  • Rotortragfähigkeit: 25 t
  • Max. Betriebsdrehzahl: 40 000 1/min
  • Max. Rotorlänge: 7,11 m
  • Max. Rotordurchmesser: 2,4 m

Folgeprojekt für Sulzer

Sulzer übergab dem zufriedenen Kunden die fertige Kompressoranlage fristgerecht. Nach Abschluss des Projekts baten die Anlageningenieure um zusätzliche Unterstützung bei der Inbetriebnahme der Kompressoren, woraufhin das Sulzer-Serviceteam zur Anlage zurückkehrte. Dank der Erfahrung und des Know-hows des Teams wurde die Inbetriebnahmephase erfolgreich abgeschlossen und die Anlage wieder in den normalen Betrieb überführt.


Sulzer Technical Review

Nadia Qaud

Editor-in-Chief


Sulzer Management AG

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